CN1216297C - 接触式mems开关寿命测试的方法和仪器 - Google Patents
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Abstract
一种接触式MEMS开关寿命测试的方法和仪器。该方法利用连续方波脉冲信号驱动被测接触式MEMS开关的上、下电极，在该开关有开关动作时，计数器计数连续方波脉冲信号的脉冲个数，直至该开关疲劳失效，无开关动作时，计数器停止计数，显示器显示的数字就是该被测开关的寿命指标。该仪器由方波发生器(10)、脉冲幅度转换器(20)、测试架(30)、开关动作监视器(40)、二输入端与门(50)、七位十进计数器及显示器(60)、指示器(70)和电源(80)组成，有线路抗干扰性能好，结构简单，元器件通用，测试效率高，每测试一个开关，时间仅为2～3min等优点。本发明特别适于用来测试接触式MEMS开关的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种接触式MEMS开关寿命测试的方法和仪器，属接触式MEMS开关器件测试技术领域。
背景技术
MEMS意为微电子-机械系统。接触式MEMS开关是一种利用半导体硅加工工艺技术制成的超微型机械开关的器件，主要包括硅衬底、上电极、下电极、可动导电片、第一接触点和第二接触点。工作时，第一、二接触点连接在信号电路内(一般连接在射频信号电路内)。平时，上、下电极间的直流电压为零，第一、二接触点处于断路(常开)状态。当直流电压加于上、下电极之间时，两者在静电力作用下相互吸引，相互靠拢，可动导电片随之跨接在第一、二接触点之间，令两者处于接通状态，信号电流从一个接触点流向另一个接触点。当上、下电极之间的直流电压降为零时，两者在恢复力作用下相互分开，可动导电片随之脱离第一、二接触点，两者恢复成断路(常开)状态。
接触式MEMS开关毕竟是机械开关，开关动作增多，开关会因构成该开关的悬臂材料疲劳而失效。这类开关的估计寿命为开关次数不小于106。生产和应用均要求对开关的寿命进行测试和评估。鉴于接触式MEMS开关系新器件，至今未见有这类开关寿命测试的方法和仪器的报道。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是推出一种接触式MEMS开关寿命测试的方法。
本发明采用以下技术方案使上述问题得到解决。其特征在于，利用连续方波脉冲信号驱动被测接触式MEMS开关的上、下电极，在该开关正常，即第一、二接触点间有开关动作时，计数器计数连续方波脉冲信号的脉冲个数，直至该开关疲劳失效，即第一、二接触点间无开关动作时，计数器停止计数，显示器显示的数字就是该被测开关的寿命指标。
为实现上述测试目标，测试仪器应具有以下功能：
1.产生连续方波脉冲信号；
2.连续方波脉冲信号加至上、下电极前完成幅度转换；
3.监视第一、二接触点间的开关动作，显示监视结果；
4.计数器根据监视结果，判断是否计数；
5.每次测试前计数器应完成显示器的人工清除；
6.按测试仪器电路要求向它们供电。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种接触式MEMS开关寿命测试的仪器，该仪器按上述的寿命测试方法工作。
本发明采用以下技术方案使上述问题得到解决。其特征在于，由方波发生器10、脉冲幅度转换器20、测试架30、开关动作监视器40、二输入端与门50、七位十进计数器及显示器60、指示器70和电源80组成，方波发生器10包括无稳态多谐振荡器和分频器，输出连续方波脉冲的频率介于1～8KHz，脉冲幅度转换器20是供电电压为0～60V的晶体管单级放大器，开关动作监视器40是能鉴别直流信号和脉冲信号的集成电路，七位十进制计数器及显示器60含清除开关63，指示器70是低位输入信号驱动发光二极管发光的放大器，电源80是输出+5V和+60V直流电压的稳压电源，方波发生器10的输出端分别与脉冲幅度转换器20的输入端和二输入端与门50的一个输入端连接，脉冲幅度转换器20的输出端与测试架3的上、下电极接脚连接，测试架30的第一、二接触点接脚跨接在开关动作监视器40的输入端，开关动作监视器40的输出端分别与指示器70的输入端和二输入端与门50的另一个输入端连接，二输入端与门50的输出端与七位十进制计数器及显示器60的输入端连接，方波发生器10、开关动作监视器40、二输入端与门50、七位十进制计数器及显示器60和指示器70的电源输入端与电源80的+5V端连接，脉冲幅度转换器20的电源输入端与电源80的+60V端连接。
工作原理：
1、方波发生器10产生连续方波脉冲信号，一路传至二输入端与门50的一个输入端，经该门的输出端驱动七位十进制计数器及显示器60，另一路使至脉冲幅度转换器20的输入端。2、脉冲幅度转换器20输出幅度适当的连续方波脉冲信号，驱动插在测试架30上的被测MEMS开关的上、下电极，该开关的第一、二接触点借助测试架30的插脚跨接在开关动作监视器40的输入端。
3、开关动作监视器40鉴别该器的输入信号，平时该信号为直流信号：如被测MEMS开关工作正常，即第一、二接触点之间无开关动作，该信号转变为连续方波脉冲信号；如被测MEMS开关工作不正常，即第一、二接触点之间无开关动作，该信号仍为直流信号。该监视器输出鉴别信号：输入信号为连续方波脉冲信号，鉴别信号为逻辑1，即高位信号；输入信号为直流信号，信号为逻辑0，即低位信号。
4、开关动作监视器40输出鉴别信号，一路传至二输入端与门50的另一个输入端，另一路传至指示器70的输入端。鉴别信号为逻辑1时，相当于被测MEMS开关正常，第一、二接触点之间有开关动作，二输入端与门50开启，连续方波脉冲经该门的输出端传至七位十进制计数器及显示器60，该器计数并显示连续方波脉冲的个数；指示器70的发光二极管不发光。鉴别信号为逻辑0时，相当于被测MEMS开关失常，第一、二接触点之间无开关动作，七位十进制计数器及显示器60停止计数，显示器持续显示被测MEMS开关的寿命指标；指示器70的发光二极管发光，指示被测MEMS开关失效。
5、方波发生器10、开关动作监视器40、二输入端与门50、七位十进制计数器及显示器60和指示器70从电源80的+5V端得到供电；脉冲幅度转换器20从电源80的+60V端得到供电。
6、每次开始测试前，按清除开关63，使七位十进制计数器及显示器60清零。
本发明有以下突出优点：
1自动记录整个测试过程中被测MEMS开关的工作状态，无需人工监视或值班。
2仅需增加少量及廉价的硬件，便可扩充寿命测试范围，扩充范围原则上是无限的。
3线路抗干扰性能好，结构简单，元器件通用。
4测试效率高，每测试一个开关，时间仅为2～3min。
附图说明
图1是本发明所涉的寿命测试仪器的电路结构框图。
图2是本发明所涉的寿命测试仪器的电路图。
图3是本发明所涉的寿命测试仪器的面板布局示意图。
具体实施方式
实施例：
根据以上所述的接触式MEMS开关寿命测试的仪器，其特征在于，方波发生器10由第一电阻11，电容12，第一、第二集成电路13、14和方波频率调节15组成，第一、第二集成电路13、14的型号分别为CD4069和CD4024，第一电阻11是阻值为20K的可变电阻，电容12的容量为0.1μF，方波频率调节15是单刀四掷开关，第一电阻11、电容12和第一集成电路13组成振荡频率为16kHz的无稳态多谐振荡器，方波频率调节15和第二集成电路14组成频率在1kHz、2kHz、4kHz和8kHz中任意选择的分频器，脉冲幅度转换器20由第二、第三、第四电阻21、22、23和达林顿管24组成，第三、第四电阻22、23的阻值分别为2K、10K，第三、第四电阻22、23和达林顿管24组成晶体管单级放大器，第二电阻21是阻值为10K的电位器，所述的晶体管单级放大器跨接在第二电阻21的滑臂和地线之间，开关动作监视器40由第三集成电路41和第五电阻42组成，第三集成电路41的型号是MAX706，第五电阻42的阻值为5K1，第五电阻42跨接在+5V和第三集成电路41的输入端，即第6脚之间，被测MEMS开关的第一、二接触点跨接在第三集成电路41的输入端和地线之间，二输入端与门50是型号为CD4081的集成电路，七位十进制计数器及显示器60由十进制计数器及显示器61、第六电阻62和清除开关63组成，十进制计数器及显示器61的型号是LC102，十进制计数器及显示器61共有七片，第六电阻62的阻值为2K，清除开关63为按钮开关，第六电阻62跨接在十进制计数器及显示器61的清零端和地线之间，清除开关63跨接在+5V和十进制计数器及显示器61的清零端之间，指示器70由发光二极管71和第四集成电路72组成，第四集成电路72的型号为CD4069，指示器70是低位输入信号驱动发光二极管发光的放大器，电源80含电源开关81和电源插头82，电源80是由交流市电220V～供电的、输出+5V和+60V的稳压电源。
Claims (3)
1.一种接触式MEMS开关寿命测试的方法，其特征在于，利用连续方波脉冲信号驱动被测接触式MEMS开关的上、下电极，在该开关正常，即第一、二接触点间有开关动作时，计数器计数连续方波脉冲信号的脉冲个数，直至该开关疲劳失效，即第一、二接触点间无开关动作时，计数器停止计数，显示器显示的数字就是该被测开关的寿命指标。
2.一种按权利要求1所述方法工作的接触式MEMS开关寿命测试的仪器，其特征在于，由方波发生器(10)、脉冲幅度转换器(20)、测试架(30)、开关动作监视器(40)、二输入端与门(50)、七位十进计数器及显示器(60)、指示器(70)和电源(80)组成，方波发生器(10)包括无稳态多谐振荡器和分频器，输出连续方波脉冲的频率介于1～8KHz，脉冲幅度转换器(20)是供电电压为0～60V的晶体管单级放大器，开关动作监视器(40)是能鉴别直流信号和脉冲信号的集成电路，七位十进制计数器及显示器(60)含清除开关(63)，指示器(70)是低位输入信号驱动发光二极管发光的放大器，电源(80)是输出+5V和+60V直流电压的稳压电源，方波发生器(10)的输出端分别与脉冲幅度转换器(20)的输入端和二输入端与门(50)的一个输入端连接，脉冲幅度转换器(20)的输出端与测试架(3)的上、下电极接脚连接，测试架(30)的第一、二接触点接脚跨接在开关动作监视器(40)的输入端，开关动作监视器(40)的输出端分别与指示器(70)的输入端和二输入端与门(50)的另一个输入端连接，二输入端与门(50)的输出端与七位十进制计数器及显示器(60)的输入端连接，方波发生器(10)、开关动作监视器(40)、二输入端与门(50)、七位十进制计数器及显示器(60)和指示器(70)的电源输入端与电源(80)的+5V端连接，脉冲幅度转换器(20)的电源输入端与电源(80)的+60V端连接。
3.根据权利要求2所述的接触式MEMS开关寿命测试的仪器，其特征在于，方波发生器(10)由第一电阻(11)，电容(12)，第一、第二集成电路(13)、(14)和方波频率调节(15)组成，第一、第二集成电路(13)、(14)的型号分别为CD4069和CD4024，第一电阻(11)是阻值为20K的可变电阻，电容(12)的容量为0.1μF，方波频率调节(15)是单刀四掷开关，第一电阻(11)、电容(12)和第一集成电路(13)组成振荡频率为16kHz的无稳态多谐振荡器，方波频率调节(15)和第二集成电路(14)组成频率在1kHz、2kHz、4kHz和8kHz中任意选择的分频器，脉冲幅度转换器(20)由第二、第三、第四电阻(21)、(22)、(23)和达林顿管(24)组成，第三、第四电阻(22)、(23)的阻值分别为2K、10K，第三、第四电阻(22)、(23)和达林顿管(24)组成晶体管单级放大器，第二电阻(21)是阻值为10K的电位器，所述的晶体管单级放大器跨接在第二电阻(21)的滑臂和地线之间，开关动作监视器(40)由第三集成电路(41)和第五电阻(42)组成，第三集成电路(41)的型号是MAX706，第五电阻(42)的阻值为5K1，第五电阻(42)跨接在+5V和第三集成电路(41)的输入端，即第6脚之间，被测MEMS开关的第一、二接触点跨接在第三集成电路(41)的输入端和地线之间，二输入端与门(50)是型号为CD4081的集成电路，七位十进制计数器及显示器(60)由十进制计数器及显示器(61)、第六电阻(62)和清除开关(63)组成，十进制计数器及显示器(61)的型号是LC102，十进制计数器及显示器(61)共有七片，第六电阻(62)的阻值为2K，清除开关(63)为按钮开关，第六电阻(62)跨接在十进制计数器及显示器(61)的清零端和地线之间，清除开关(63)跨接在+5V和十进制计数器及显示器(61)的清零端之间，指示器(70)由发光二极管(71)和第四集成电路(72)组成，第四集成电路(72)的型号为CD4069，指示器(70)是低位输入信号驱动发光二极管发光的放大器，电源(80)含电源开关(81)和电源插头(82)，电源(80)是由交流市电220V～供电的、输出+5V和+60V的稳压电源。
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